什么是混合式步進(jìn)電機(jī)?混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理圖解

    與磁阻式一樣，混合式電機(jī)也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。常見(jiàn)的定子有8個(gè)極或4個(gè)極，極面上均布一定數(shù)量的小齒，極上線圈能以?xún)蓚€(gè)方向通電，形成a相和a相，b相和b相。它的轉(zhuǎn)子也由圓周上均布一定數(shù)量小齒的兩塊齒片等組成。這兩塊齒片相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距。兩塊齒片中間夾有一只軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼。很明顯，同一段轉(zhuǎn)子片上的所有齒都具有相同極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反。圖1是電機(jī)里兩種磁場(chǎng)通路的示意圖。

    圖1(a)是由轉(zhuǎn)子上的永久磁鋼磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通回路；圖1（b)是在電機(jī)x、y兩處剖開(kāi)的剖面圖。每相繞組繞在8個(gè)定子磁極中的4個(gè)極上，如：繞組a繞在1、3、5、7磁極上，則繞組b繞在2、4、6、8磁極上；而且，每相相鄰的磁極以相反方向繞，即，如果繞組a以正向電流激勵(lì)，則3和7磁極的磁場(chǎng)徑向向外，而l和5磁極的磁場(chǎng)徑向向內(nèi)。b相與a相的情況類(lèi)似。因此，整個(gè)電機(jī)的通電情況與磁場(chǎng)方向可用表1概括。其電機(jī)里的轉(zhuǎn)矩，由氣隙中的兩種磁場(chǎng)共同作用產(chǎn)生。

   圖1 混合式步進(jìn)電機(jī)的剖面圖

    (a)平行軸的剖面 (b)垂直軸的剖面

    表1 電機(jī)的通電情況與磁場(chǎng)方向表

    圖2為四相混合式步進(jìn)電機(jī)以圓周展開(kāi)的剖面模型。上圖是轉(zhuǎn)子s極所處的剖面，下圖是n極所處剖面。圖中，定子齒距和轉(zhuǎn)子齒距相同。先考慮磁極ⅰ和磁極ⅲ下面的磁場(chǎng)。定子線圈通電后，磁極ⅰ產(chǎn)生n極，磁極ⅲ產(chǎn)生s極。它們構(gòu)成的磁場(chǎng)分布情況如實(shí)線所示。同一圖中的虛線表示永久磁鋼產(chǎn)生的磁通通路。因?yàn)閚極這段的轉(zhuǎn)子齒和s極轉(zhuǎn)子齒相互錯(cuò)開(kāi)

     圖2四相混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理剖面圖

     半個(gè)齒距，所以，僅靠定子電流磁場(chǎng)并不能像磁阻式電機(jī)那樣產(chǎn)生有意義的轉(zhuǎn)矩。但是，把永久磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加上去，情況完全變了。因?yàn)榇艠Oⅰ下面的兩個(gè)磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，因此，將產(chǎn)生朝左的驅(qū)動(dòng)力；而磁極ⅲ下而的兩個(gè)分量相互抵銷(xiāo)，向右的力大大削弱。同理下圖中，磁極ⅲ下面的定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向相同，磁極ⅰ下面的磁場(chǎng)方向相反，所以，也產(chǎn)生同樣方向的力，最終得到向左的合力。轉(zhuǎn)子在驅(qū)動(dòng)力的作用下，將轉(zhuǎn)過(guò)1／4齒距，驅(qū)動(dòng)力降為零，達(dá)到平衡位置。

     如果切斷磁極ⅰ、ⅲ的激磁，同時(shí)向磁極ⅱ、ⅳ的線圈通入電流，分別產(chǎn)生s極和n極。轉(zhuǎn)子將向左再走一步。按照特定的時(shí)序激磁，如：a—b—a—b—a一…，電機(jī)就能沿逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變激磁時(shí)序，以a—b—a—b—a一…激磁，電機(jī)將沿順時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)。

     典型的混合式步進(jìn)電機(jī)是四相200步的電機(jī)，步距角為1.8°；當(dāng)然，也有象3.6°、2°或5°步距角的混合式電機(jī)。混合式電機(jī)的一個(gè)完整激磁周期常由四個(gè)狀態(tài)組成，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)四步。這時(shí)，步距角θb為：θb＝360／(mz ) (°)

可將混合式電機(jī)與磁阻式電機(jī)作一比較。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者選用哪種電機(jī)全由應(yīng)用決定。說(shuō)某種型式絕對(duì)好，這是不妥當(dāng)?shù)摹＃╤ttp://www.bwsrn.cn/版權(quán)所有）通常，對(duì)給定的電機(jī)體積，混合式電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比磁阻式電機(jī)大；加上混合式電機(jī)的步距角常做得較小，因此，在工作空間受到限制而需要小步距角和大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中，常常可選用混合式電機(jī)。混合式電機(jī)的繞組未受激磁時(shí)，永久磁鋼所產(chǎn)生的磁通能產(chǎn)生自定位轉(zhuǎn)矩。雖然這比一組或多組繞組激磁時(shí)的轉(zhuǎn)距小很多，但它確實(shí)是一種很有用的特性：供電切斷時(shí)，仍然能保持轉(zhuǎn)子的原來(lái)位置。磁阻式步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)子上沒(méi)有永久磁鋼，所以，轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣量比混合式電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量低。因?yàn)檗D(zhuǎn)子慣量常常是電機(jī)總慣量的主要部分，因此，轉(zhuǎn)子慣量小，可以更快加速。此外，當(dāng)負(fù)載需要移動(dòng)相當(dāng)大距離時(shí)，如電機(jī)轉(zhuǎn)幾轉(zhuǎn)，則使用大步距角的磁阻式電機(jī)可以減少步數(shù)。